Jezgra kvarcnog sata je kvarcni kristal. Načelo rada kvarcnog kristala uključuje korištenje inverznog piezoelektričnog učinka za generiranje električnog polja koje uzrokuje vibriranje kristala, što rezultira mehaničkom reakcijom. Budući da je jakost električnog polja koju stvara kvarcni kristal vrlo mala, potrebno je samo slabo vanjsko električno polje da izazove njegovu deformaciju. Ova karakteristika čini mehaničku izvedbu kvarcnog sata stabilnijom.
Kvarcni kristali također imaju posebno izvanredno svojstvo: kada se pozitivna i negativna struja istovremeno primjenjuju na obje strane, strana s negativnom strujom će se saviti u U-oblik. Ako se pozitivne i negativne struje naizmjence primjenjuju na obje strane kvarcnog kristala u pravilnim intervalima, kristal će oscilirati, a sat će se mjeriti na temelju te frekvencije osciliranja.
